李官集铁矿开采设计优化实践与思考

马毅敏

(中钢矿业开发有限公司, 北京 100080)

李官集铁矿开采设计优化实践与思考

马毅敏

(中钢矿业开发有限公司, 北京 100080)

通过李官集铁矿开采设计的优化实践,阐述设计优化的必要性,以及设计优化对项目投资控制、生产运营管理的重大作用,提示设计者、项目建设者对设计优化工作的重视和认同。

低品位矿床;矿山设计;分层点柱充填采矿法;设计优化

山东李官集铁矿原属山东泰山阳光集团汶上县富全矿业有限公司,2005年经省发改委批准建设,设计规模为采选 100万 t/a,竖井开拓,共计有 3条井。矿山 2008年 6月被中钢集团收购,更名为中钢集团山东富全矿业有限公司,在原设计基础上委托马鞍山矿山研究院重新进行了初步设计,规模增加为 120万 t/a,新增 1条设备进风井,其他开拓工程不变,概算投资 5.1亿,计划 2010年底建成投产,2012年达产。

1 矿区概况

李官集铁矿位于山东省汶上县郭仓乡北部,矿区及周边均为冲积平原地貌,区域内自北向南依次分布有大清河、小清河、小汶河等水系。矿体埋深标高 0～-600 m,被第四系地层覆盖,厚 45～70 m,其下是含水丰富的砂、砾石层。

李官集矿区呈平行状分布,有 14层矿,总地质储量 5548万 t,平均地质品位 29.6%。其中 1号矿层规模最大,连续性好,控制走向长 1365 m,最大厚度 100 m左右,矿体呈层状、似层状,倾角 75°左右。矿段内矿床岩性简单,为碎裂状黑云变粒岩,其底板为构造破碎带,破碎带走向与矿体走向基本一致,构成矿体的直接底板。矿体顶板主要为条带状含铁角闪石英岩,局部为黑云变粒岩,顶板岩石的完整性和强度均优于底板岩石。矿区内断裂节理构造发育,3组断裂构造构成矿区的主体构造骨架,部分断裂带对矿体影响较大。

2 原初步设计简述

原初步设计采用竖井开拓,概算投资 2.1亿元。基建工程主要有:主副井、设备进风井、回风井,中段运输,溜破系统,采切工程等,设 3个中段,其中-320 m、-220 m为运输中段,-120 m为回风水平,开采深度为 -320 m以上,矿山基建期 2.6 a。主要开采 1#主矿体,以分段空场嗣后充填采矿方法为主,从下往上,分矿房矿柱两步骤回采,分段高度12.5 m,设堑沟、进路式底部结构,采用 YGZ90钻分段凿岩,分段爆破,3 m3铲运机集中出矿,采高 50 m集中充填。

3 新初步设计优化

从生产规模入手,论证矿床开拓、采矿方法的可行性,通过扩大规模,用规模效益来弥补矿床低品位的先天不足,同时寻求工艺简单、流程短的开拓运输方式和采矿方法,降低投资和生产成本,以期达到项目效益最优。

3.1 生产规模优化

中钢集团收购李官集铁矿后,在进一步研究地质资料和参照类似矿山规模的基础上,决定扩大规模至 150万 t/a,经校核及生产能力验证,中段生产能力为 142～156万 t/a,由于已开工建设的主井提升能力没有富余,决定生产规模为 120万 t/a,留20%的富余能力。

3.2 中段运输水平的优化

新初步设计设 -320m、-220 m两个运输中段。考虑矿体为急倾斜产状,不论是分段还是阶段空场采矿,都没有必要设 -220 m运输水平,-220 m以上矿石可通过分段联巷、阶段溜井放至 -320 m水平集中运输。方案优化后,减少了 4808 m及 1082 m的铺轨架线,节约投资 3501万元,同时减少了倒运环节,缩短了流程,降低运营成本 480万元 /a。

3.3 采矿方法初步优化

结合优化后的中段布置方案,整个矿床拟从下往上,单中段连续采至 -120 m,可供选择的方案有:上向分层点柱充填法,分段空场嗣后充填采矿法(原设计方案),大直径深孔侧向崩矿嗣后充填采矿法。3种方案均能满足生产能力的需要,各有优缺点,但就关键的采切比、充填体强度要求、充填工序的复杂程度进行初步比较,倾向大直径深孔侧向崩矿嗣后充填采矿法,主要参数指标比较见表1。

表1 3种方案主要参数指标

3.4 采矿方法进一步优化

2010年 3月,为实现年底提前出矿、提前投产、减少采场准备时间,避免两步骤回采工艺和解决辅助中段出矿底部结构设置在充填体上、减少采矿对充填体强度的要求、降低充填成本,经考察研究,拟采用改进的盘区上向分层点柱式充填采矿法。盘区沿矿体走向布置,长 90 m,分段高度 15 m,经围岩与矿柱稳定性数值模拟,矿柱暂定 5 m×5 m,间距 15 m×15 m,分层采高 7.5 m,由分段联巷和出矿联巷与矿体 (矿房)联通,分段间有采区斜坡道和设备井相连,水平和垂向上连续回采。该方案工艺简单、流程短、原分段 4次充填减少为 2次,采切比也大幅减少至 16.6 m/万 t,同时还解决了高阶段下微细粒级尾砂充填体强度低的难题。采准方案设计已通过有关研究人员审查,正在进行采准施工。

3.5 采矿生产组织模式创新

井下掘进、采矿、充填各工序均实行对外承包,引进社会资源,降低项目风险,仅采矿工程,承包方自带设备一项,节约设备投资 2300多万元,大大降低了生产成本。

4 开采设计优化的几点思考

4.1 设计原则

除遵守设计规范要求外,设计应着重考虑以下原则:

(1)安全、高效、经济的设计原则。在确保安全前提下,通过设计高效的技术工艺,确保矿山的高产、稳产,取得最佳效益;

(2)体现循环减排的原则;

(3)敢于创新工艺,大胆使用新技术、新装备,优化配置,流程最短,达到规模最佳有弹性,经济指标先进且可靠;

(4)工艺选择、装备水平、工程布局等方面要有清醒的经济思想和抗风险意识,遵循“一流”水平和经济使用相统一的原则。因矿得法、灵活高效、控制投资、节能增效、降低成本是设计者、经营者永恒的主题;

(5)要充分考虑采矿外包这种生产组织模式所带来的新变化;

(6)业主与设计者双方充分沟通、互相学习。

4.2 关于生产规模的思考

矿山的生产规模应以市场需求为原则,因扩大规模而造成的服务年限缩短引起的其他问题,可通过开发接替矿山,加速折旧,甚至从高价位获取的高额利润中获取等方式来解决,优化设计的最终目的就是企业 (集团)整体效益的最大化。

4.3 投资与运行成本

影响项目效益最敏感的经济因素是产品的销售价格。价格受市场影响,业主无法控制,但可设法控制投资和降低成本。

(1)单位矿石投资的高低直接影响项目收益的状况,投资所形成的建设期利息,生产期的财务费用,折旧及摊销的增加都将削弱项目的收益。因此优化设计中,控制投资是改善效益的重要途径。

引进有实力的承包队伍也是降低投资的重要举措。中等以上规模的地下矿山,承包队伍自带采掘设备,可为业主减少投资 1500～3000万元。

(2)就成本影响因素而言,改进工艺和设备是降低成本、提高效益的最直接途径。构成成本的重要因素在于工艺技术、工艺方法的先进性和适宜性,它可以决定企业 80%以上的成本,是降低成本的关键。设计阶段工艺和设备的优化,以及生产阶段的持续改进,应贯穿项目的始终。

[1] 王方汉,曹为勤,张文如.无间柱阶梯式连续回采分层充填采矿法试验研究[J].采矿技术,2008,8(4).

[2] 田金华,李栋祥,徐建荣.开拓系统优化选择的灰色局势决策[J].矿业研究与开发,2003,23(5):20～22.

2010-07-08)

马毅敏 (1963-),男,河南舞阳人,高级工程师,主要从事生产技术规划与管理工作。